El Centre Tecnològic de Transferència de Calor (CTTC) és un centre de recerca de la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) dedicat a la formulació matemàtica, resolució numèrica i validació experimental de fenòmens de transferència de calor i massa aplicats a l’optimització tèrmica i fluidodinàmica de sistemes i equips tèrmics. En aquest sentit, el CTTC està participant en diferents activitats de RIS3CAT FUSIONCAT dins del Projecte 2 Neutronics, la generació de triti i el cicle de combustible operatiu per a les simulacions d’alta fidelitat de High Performance Computing (HPC) de fluxos de metalls líquids i dins el Projecte 3, en el reactor de fusió, estudis per a la modelització dinàmica de cicles de potència de CO2 per a centrals nuclears de fusió.

Els reactors de fusió nuclear tenen el potencial de proporcionar enormes quantitats d’energia lliure de CO2 utilitzant combustibles (deuteri i triti) que estan àmpliament disponibles i són gairebé inesgotables. Per fer-ho, cal produir triti durant la reacció de fusió. Això es fa en les anomenades breeding blankets (BB) on el triti (i l’heli) resulten de la interacció del liti i els neutrons generats en el procés de fusió. A Europa, una de les opcions de disseny per a aplicacions en reactors de potència de fusió com el projecte ITER és un BB de plom-liti refredat amb heli.

Predir amb precisió la interacció del camp magnètic als fluids conductors dins del reactor és de gran importància en el procés de disseny. Les altes forces de Lorentz oposades al flux com a resultat dels corrents induïts s’han de calcular amb precisió per fer-ho. En aquest projecte, es va un pas més enllà dels mètodes més avançats per millorar la precisió i l’estabilitat en un codi numèric recentment desenvolupat. Aquest codi s’ha utilitzat per predir fluxos magnetohidrodinàmics (MHD) en règim turbulent, tot mostrant el comportament esperat de supressió de turbulència a causa de la força de Lorentz en presència d’un camp magnètic. La inclusió de models de Large-Eddy Simulation (LES) al codi permetrà la simulació de fluxos MHD en règims de números de Reynolds i Hartmann (Ha) més alts, la qual cosa es busca en el disseny de reactors de fusió nuclear (vegeu la Figura 1).

                             

Figura 1: Direct Numerical Simulation (DNS) d’un fluid conductor turbulent en un conducte a Re=3000 (Reynolds bulk), sense (esquerra: Ha=0) i amb (dreta: Ha=30) presència de camp magnètic transversal fent servir una discretizació symmetry-preserving. Visualització de les estructures del fluxe fent servir el criteri-Q, els colors corresponen a la magnitud de la velocitat i les fletxes corresponen amb el camp de velocitats a la sortida. La figura il·lustra la supressió central del flux, els jets a les parets laterals, tendint cap a un estat de turbulència quasi-2D.
Figura 2:  Superordinadors on s’està provant el codi nou basat en operacions algebraiques. El rànquing correspon a la llista de juny de 2022 (per detalls visitar www.top500.org)

A més, seguim treballant en la portabilitat eficient del codi en tota la varietat d’arquitectures computacionals (CPU, GPU, ARM, MIC…) que competeixen a la carrera d’HPC cap a l’exaescala. Per fer-ho, les operacions que conformen l’algorisme, els anomenats kernels , han de ser compatibles amb el paral·lelisme MIMD de memòria distribuïda i compartida i, el que és més important, amb el processament en stream , que és un paradigma paral·lel més restrictiu. En conseqüència, com menys nuclis tingui una aplicació, més fàcil serà la portabilitat. En aquest moment, el rendiment i l’escalabilitat del codi s’estan provant en una varietat de superordinadors (vegeu la Figura 2) amb arquitectures completament diferents en el context de dos projectes PRACE en curs.

El projecte FusionCAT amb número d’expedient 001-P-001722 ha estat cofinançat en un 50% amb 1.960.963,66€ pel Fons Europeu de Desenvolupament Regional de la Unió Europea en el marc del Programa Operatiu FEDER de Catalunya 2014-2020, amb el suport de la Generalitat de Catalunya.